Na podlagi uporabe tehnologije CNC obdelave NX v fazi grobe obdelave surovih izdelkov ta članek analizira in primerja novo uvedene strategije »prilagodljivega rezkanja« in klasične strategije »rezkanja votline«. Z združevanjem teh metod s proizvodnim procesom tipičnih delov se prednosti programiranja celovito uporabljajo za optimizacijo grobih metod, hitro odstranjevanje večine odvečnega materiala in izboljšanje učinkovitosti obdelave.
CNC programiranje je temeljna naloga pri CNC obdelavi. Določanje stopenj obdelave in izbira ustreznih metod sta kritična koraka pri načrtovanju procesa pred programiranjem. Različna okolja obdelave in različni dodatki materiala zahtevajo prilagojene strategije obdelave. Ta študija se osredotoča na različne pristope grobe NX 12.0.2 "Adaptive Milling" in klasične strategije "Cavity Milling". S preučevanjem njihove uporabe pri izdelavi reprezentativnega dela primerjamo poti orodja in učinkovitost obdelave, da povzamemo njihove različne učinke na proces rezanja.
2. Strategije obdelave
2.1 Rezkanje votline
"Cavity Odding" doseže grobo obdelavo z odstranjevanjem materiala iz plasti, pravokotnih na fiksno os orodja, da se oblikuje kontura dela. Gre za klasičen modul za grobo izdelavo v seriji NX z naslednjimi značilnostmi:
- Za dele s kompleksnimi 3D površinami in več otoki ali komponentami kalupa lahko rezkanje votline hitro izvede primarno in sekundarno grobo obdelavo, kar igra ključno vlogo pri hitrem odstranjevanju materiala.
- Običajno se uporablja določen premer (indeksirani) končni rezkar, ki sledi bodisi obrisom delov bodisi okoliškim mejam. Z nastavitvijo globine rezane plasti in vodoravnega razmika se material odstrani na način »majhna globina reza, velik korak«. To pomeni, da je radialni rez (ae) velik, aksialni rez (ap) je majhen, povprečna debelina čipa (hm) pa je neenakomerna.
2.2 Prilagodljivo rezkanje
Na novo uvedeni ukaz NX 12.0.2 »Adaptive Milling« je zasnovan za hitre grobo obdelavo in težko rezanje. Odstrani material iz plasti, pravokotnih na fiksno os, z uporabo prilagodljive strategije poti orodja z naslednjimi glavnimi značilnostmi:
- Primernejši za dele s precejšnjimi razlikami v dodatku materiala za stranske stene, globoke otoke ravnih sten in votline z ravnim dnom, ki izvajajo grobo plast za plastjo vzdolž stranskih sten.
- Običajno je glede na material izbran ustrezni rezek ustrezne velikosti. Z uporabo pristopa »majhen korak, velika globina reza« se material odstrani, pri čemer se ohrani dosledna smer podajanja orodja in konvencionalno rezkanje vzpenjanja. To pomeni, da je radialni rez (ae) majhen, aksialni rez (ap) je velik, povprečna debelina čipa (hm) pa ostaja konstantna.
Tako je za dele, kjer se uporabljata obe strategiji, mogoče ustvariti dva ločena CNC programa za grobo obdelavo, od katerih vsak odraža bistveno drugačne filozofije obdelave. Prilagodljivo rezkanje poveča vklop orodja vzdolž rezalnega roba, da se poveča globina rezanja in učinkovitost, medtem ko se rezkanje votline opira na odstotek premera orodja. Za oceno izboljšanja učinkovitosti proizvodnje, ki ga prinaša prilagodljivo rezkanje, je predstavljen primerjalni primer obdelave.
3. Primer uporabe
3.1 Značilnosti delov
Slika 1 prikazuje vrsto podporne komponente za letalski sklop (polprozorna območja označujejo prazno mesto). Material: aluminijeva zlitina 7075, z zahtevami glede hrapavosti površine Ra = 3,2 μm in lokalno hrapavostjo površine Ra = 1,6 μm. Najmanjše mejne dimenzije dela so 100 mm × 94,828 mm × 70 mm, strojno obdelane od φ120 mm × 76 mm cilindričnih surovcev. Prva poskusna serija je bila sestavljena iz 30 simetričnih kosov.
Slika 1. Podporni del
Aluminijeva zlitina 7075 je močna, duktilna in mehansko zanesljiva, zaradi česar je pogosta v vesoljskih komponentah. Simulacije NX 12.0 kažejo, da je razmerje med praznim in končnim delom približno 7:1, pri čemer grobo delo porabi večino celotnega časa rezanja. Groba območja imajo velike globine in širine rezanja, zaradi česar so primerna tako za prilagodljivo rezkanje kot za rezkanje votlin.
3.2 Načrt obdelave
Proizvodnja uporablja petosni vertikalni obdelovalni center Aumate GS1000/5-T, ki omogoča več operacij brez menjave vpenjal. Stroj ima majhno portalno strukturo, zibelkovo mizo, linearne osi X, Y, Z, rotacijske osi A in C, največjo hitrost vretena 18.000 vrt./min in pogonsko moč 40 kW.
Za grobo obdelavo se uporablja tridelni glodan iz aluminijeve zlitine (premer 16 mm, celotna dolžina 95 mm, dolžina reza 40 mm, kot vijačnice 40°), ki ga drži steška tulena ER32 (JT40) z vpenjalno dolžino ≤ 40 mm. Del je pritrjen s samocentrirno vpenjalno glavo in obdelan v dveh korakih, od katerih je vsak razdeljen na tri stopnje: grobo obdelavo → sekundarno grobo obdelavo (lokalno čiščenje vogalov) → dodelavo in obdelavo lukenj.
3.3 Postopek obdelave
1. korak:Obdelava glavnega telesa, krožnih votlin in različnih lukenj, največja globina 57 mm.
Groba steza orodja za rezkanje votline (slika 2) uporablja predvsem konico orodja z radialnim velikim korakom in majhno aksialno globino reza. Pokritost poti orodja je široka, z dolgimi potmi, več aksialnimi plastmi in pogostimi umiki.
Slika 2. Analiza poti orodja za rezkanje votline
a) Pot orodja b) 3D simulacija
Prilagodljiva ruta za grobo rezkanje (slika 3) uporablja stranske rezalne robove z majhnim radialnim korakom in veliko aksialno globino reza. Globina rezanja lahko doseže približno dvakratni premer orodja, predvsem z neprekinjenim vzpenjanjem rezkanja vzdolž stranskih robov. Potrebnih je manj aksialnih plasti, kar izboljša stabilnost obdelave, življenjsko dobo orodja in zmogljivost visoke hitrosti.
Slika 3. Analiza prilagodljive poti orodja za rezkanje
a) Pot orodja b) 3D simulacija
2. korak:Del obrnjen, obdelava zgornjih vrhov, pobočij, votlin, lukenj, največja globina grobega dela 20 mm. Primerjava poti orodja (slika 4) prikazuje:
Slika 4. Primerjava poti orodja dveh modulov za grobo obdelavo
a) Rezkanje votline b) Prilagodljivo rezkanje
Analiza kaže pomanjkljiva pobočja med plastmi. Rezkanje votline nadaljuje rezanje plasti od zgoraj navzdol in sledi konturam delov, da se doseže enakomeren dodatek za polkončno obdelavo. Prilagodljivo rezkanje omogoča rezanje "od spodaj navzgor", dodajanje poti orodja med plastmi z majhnimi spremembami globine, zmanjšanje ostankov materiala na minimalno, enakomerno porazdelitev - koristno za stabilno poldodelavo. Strategija neposredno obdeluje spodnje površine, nato pa se nakloni, kar zagotavlja čistejšo in učinkovitejšo pot.
4. Celoviti učinki
4.1 Rezultati poskusov
Parametri rezanja in trajanje obdelave za obe strategiji so povzeti v tabeli 1.
Tabela parametrov obdelave
| Hitrost vretena | Hitrost podajanja | Korak 1 Rezanje | Rezanje korakov | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Strategija strojne obdelave | Specifikacije rezkalnika | nf (r/min) | Vf (mm/min) | Parametri rezanja | Čas/min | Čas/min |
| ET | $m (a,) | «Imm, GIA (a) = | ||||
| ČEBELJI Ime | Ms | 3500 | 85 % ravnega polmera orodja | = | . | |
| : Peta na m, TK | HH (a,) + SVRITHERER 100%, | |||||
| Prilagodljivo rezkanje (mm) | ae | 5000 | fer (a,): TERRI IIB |
Tabela 1. Parametri in trajanje rezanja
Optimizirani parametri grobega obdelave so namenjeni maksimalni produktivnosti ob upoštevanju omejitev moči stroja. Adaptivno rezkanje in rezkanje votline se razlikujeta zaradi filozofskih razlik.
Hitrost odstranjevanja kovin (Qmax) se izračuna s Q = apaevf / 1000. Tukaj je rezkanje votline Qmax = 47,6 cm³/min, prilagodljivo rezkanje Qmax = 153,6 cm³/min – prilagodljivo rezkanje doseže približno trikratno hitrost odstranjevanja. Skupni čas grobega oblikovanja v 2 korakih: rezkanje votline 33 min, prilagodljivo rezkanje 11 min, prihranek 22 min na del. Analiza obrabe orodja kaže, da orodja za rezkanje votline kažejo zatemnitev konice po 30 delih, medtem ko orodja za prilagodljivo rezkanje ostanejo ostra zaradi izboljšane stabilnosti.
4.2 Primerjalna analiza
Slika 5. Strojno obdelani del
a) Med obdelavo b) Po obdelavi
Rezkanje votline:
- Majhen aksialni rez in velik radialni rez vodita do ponavljajoče se obrabe konice. Čipi absorbirajo omejeno toploto, kar ima za posledico visoko temperaturo konice in pospešeno obrabo.
- Spremenljiva debelina sekanca in velik radialni vklop povzročata neenakomerno odstranjevanje materiala, velike rezalne sile in nestabilno obdelavo, ki ni primerna za rezanje pri visoki hitrosti.
Prilagodljivo rezkanje:
- Velik aksialni rez in majhen radialni rez povečata uporabo robov orodja, zmanjšata obrabo konice in enakomerno porazdelita rezalne sile. Tanki, dolgi čipi odnašajo več kot 90% toplote, ohranjajo nizke temperature in zmanjšujejo deformacije delov.
- Konstantna debelina čipov in dosledna smer podajanja imata za posledico gladko, nadzorovano rezkanje po plasteh, z majhnimi koti vklopa in enakomernim odstranjevanjem materiala. Hitro rezanje je možno s povečano stabilnostjo in višjo hitrostjo odstranjevanja kovin.
Če povzamemo, strategija prilagodljivega rezkanja NX 12.0.2 pri grobem delu povečuje stabilnost in učinkovitost proizvodnje.
Cavity Milling se pogosto uporablja za grobo obdelavo delov z neravnimi stenami ali ravnimi / ukrivljenimi dni votline, kot tudi za dodelavo plitvih sten. Prilagodljivo rezkanje je bolj primerno za dele z velikimi spremembami dodatka za stranske stene, globokimi ravnimi stenami in votlinami z ravnim dnom.
Medtem ko je NX 12.0 Cavity Milling celovit, NX 12.0.2 Adaptive Milling ponuja dodatne, optimizirane možnosti za grobo obdelavo v posebnih pogojih, kar izboljšuje zanesljivost in učinkovitost. Pravilna izbira prilagodljivega rezkanja lahko doseže bistveno večjo produktivnost, zaradi česar je zelo uporabna pri CNC obdelavi različnih vesoljskih komponent.
